响应于多刺激的用于微流体的致动器元件的制作方法

专利名称：响应于多刺激的用于微流体的致动器元件的制作方法
响应于多刺激的用于微流体的致动器元件
本发明涉及微流体系统、用于制造这样的微流体系统的方法以及用于 控制或操纵通过这样的微流体系统的微通道的流体流动的方法。可以将这 样的微流体系统应用到生物技术和医药应用中以及微电子应用中的微通道 冷却系统中。
微流体涉及包括物理、化学、工程和生物技术的多学科领域，其研究 体积比通常的液滴小数千倍的流体的行为。微流体部件形成了所谓的"芯 片实验室"设备或生物芯片网络的基础，所述设备或网络能够处理微升或 纳升体积的流体，并执行高灵敏度的分析测量。用来构建微流体设备的制 造技术价格相对低廉，并且既适于高度精确的多路复用设备，又适于大规 模生产。微流体技术能够通过与微电子学中类似的方式在同一衬底芯片上 制造执行若干不同功能的高度集成的设备。
对于当今迅猛发展的生物技术而言，例如，对于快速DNA分离和大小 筛分、细胞操纵、细胞分选和分子探测而言，微流体芯片已经逐渐发展成 为了关键的基础。基于微流体芯片的技术提供了很多相对于其传统宏观尺 寸的对等物的优点。除其它部件外，微流体部件是基因芯片和蛋白质芯片 开发工作中的关键部件。
在所有的微流体设备中都存在控制流体流动的基本需求，即，必须通 过由宽度通常大约为O.lmm或更小的通道构成的微通道系统来传输、混合、 分离和引导流体。微流体致动(actuation)所面临的挑战在于设计一种小型 可靠的微流体系统，从而在微通道中调节或操纵由诸如唾液和全血的可变 成分构成的复杂流体的流动。目前已经开发出了各种致动机制，并投入了 使用，例如，压力驱动方案、微制造机械阀门和泵、喷墨型泵、电动式控 审lJ、流(electrokinetically controlled flow)和表面声波。
在US 2003/0142901中，提供了一种用于微流体的致动方法。该方法 通过控制毛细管化学亲和力的变化而操作。该方法包括在所述毛细管内壁
上沉积一纳米层的材料并且对所述毛细管施加外部刺激。例如在us
2003/0142901中所述的外部剌激是电压、所施加电压的变化、磁场、磁场 的去除、电容变化、静电场的施加或去除等。所述方法的原理在于当施加 刺激时，将纳米层从第一构象状态改变成第二构象状态。例如该现有技术 文件中所述的构象状态通常为分子构象变化，例如从顺式到反式构型的双 键、使分子基团围绕轴旋转或使分子链弯曲和反向弯曲的改变。当覆有这 种纳米层的毛细管的化学亲和力变化时，允许控制流过所述毛细管的方向 或速度。例如，US 2003/0142901推荐沿着通道逐渐翻转该构象以便形成用 于流体液滴的传送。
然而，使用这种方法以通过微流体设备中的通道传送液体的缺点在于， 所使用的非常薄的纳米层可能迅速老化(例如，经过通道表面下的纳米层 的腐蚀或迁移)。另一缺点在于这种系统不能驱动流体连续流动通过通道， 并且局限于运输液滴。
本发明的一个目的是提供一种改进的替代微流体系统及其制造和操作 的方法。本发明的优点可以是小型、价格低廉和易于加工中至少之一。
上述目的是通过根据本发明的方法和设备来实现的。
在独立和从属权利要求中阐述了本发明的特定和优选方面。可以将从 属权利要求的特征酌情与独立权利要求的特征或者其他从属权利要求的特 征相结合，而并非仅限于权利要求中的字面阐述。
就第一方面而言，本发明提供了一种微流体系统，其包括至少一个微 通道，所述微通道具有带内侧的壁，其中，所述微流体系统还包括
一多个附着于所述壁的所述内侧的纤毛致动器元件，每一纤毛致动器 元件在未接触液体时具有原始形状，以及
一用于向所述多个纤毛致动器元件施加剌激，从而引起其形状和/或取 向从初始形状和/或取向改变至目标形状和/或取向的装置。
纤毛致动器元件适于通过将其形状从原始形状和/或取向改变至初始 形状和/或取向而响应于例如水的特殊液体的存在。对特殊液体的存在的响 应可以是对纤毛致动器元件的原始形状的变弯曲。
向多个纤毛致动器元件施加刺激提供了局部操纵复杂流体在微流体系
统中的流动的方式。可以对致动器元件进行单独或群体驱动或寻址，以实 现特定的流体流动方式。
建议将液体诱导的形状改变和向多个致动器元件所施加的外部刺激组 合的优点在于，通过例如在可以包括生物传感器芯片的微流体生物传感器 中使得各元件与基于液体、例如基于水的环境接触而自动触发各致动器元 件的初始形状。该初始形状优选为弯曲形状。只要维持液体环境，该弯曲 形状保持自然非致动状态。
在根据本发明的优选实施例中，致动器元件可以是聚合物致动器元件，
并且可以包括例如聚合物MEMS。聚合物材料通常坚韧不易碎，价格相对 低廉，具有承受大应变的弹性(甚至高达100%)，并且具有通过简单工艺 进行大表面面积处理的前景。因此，它们特别适于用来形成根据本发明的 致动器元件。在根据本发明的最优选实施例中，致动器元件可以在存在特 殊液体时变化形状，并且例如可以在存在水时采取弯曲形状。在这一最优 选实施例中，用于形成纤毛致动器元件的材料可以是，或可以包括水敏LC-聚合物网络材料、表示在其厚度上极性梯度的材料、或在水中其中一层比 另一层展开更多的两层结构中之一。
用于向纤毛致动器元件施加刺激的装置可以是电场发生装置(例如， 电压源)或者外部或内部磁场发生装置中之一。
在磁刺激的情况下，致动器元件然后可以包括均匀连续磁层、图案化 的连续磁层、磁性颗粒中之一。在静电刺激的情况下，致动器元件可以包 括电极(例如，导电层)。
在根据本发明的实施例中，可以将多个纤毛致动器元件布置为第一和 第二行，所述第一行致动器元件位于所述壁的内侧的第一位置上，而所述 第二行致动器元件位于所述壁的内侧的第二位置上，所述第一位置和所述 第二位置基本上彼此相对。
在本发明的其它实施例中，可以将多个纤毛致动器元件布置为多行致 动器元件，其可布置以形成二维阵列。
在本发明的另一实施例中，可以将多个纤毛致动器元件随机布置在微 通道的壁的内侧上。
就根据本发明的第二方面而言，提供了一种用于制造包括至少一个微
通道的微流体系统的方法。该方法包括
一为所述至少一个微通道的壁的内侧提供多个纤毛致动器元件，该致 动器元件在未接触液体时具有原始形状，以及
一提供用于向所述多个纤毛致动器元件施加刺激，从而将致动器元件 的形状和/或取向从初始形状和/或取向改变至目标形状和/或取向的装置，
其中，纤毛致动器元件通过将其形状从原始形状改变至初始形状而响 应特殊液体的存在。
通过下列步骤可以执行提供纤毛致动器元件的操作
一在所述壁的内侧上沉积具有长度L的牺牲层，
一在所述牺牲层上部沉积致动器材料，
一通过将所述牺牲层完全去除而从所述壁的所述内侧释放所述致动器 材料。
可以通过蚀刻步骤执行去除牺牲层的操作。
根据本发明的实施例，该方法可以包括提供纤毛致动器元件，其包括 至少下列之一
一液晶(LC)聚合物网络材料和/或
_在所述致动器中使用的材料厚度上的极性梯度和/或
一双层结构，其中，在所述液体中一层比另一层展开得更多。
根据本发明的实施例，该方法还可以包括在纤毛致动器元件上提供均 匀连续磁层、图案化的连续磁层、磁性颗粒或电极中之一。用于向纤毛致 动器元件施加刺激的装置可以包括提供磁场产生装置和电场产生装置。
就本发明又一方面而言，提供了一种用于控制流体通过微流体系统的 微通道流动的方法。微通道具有带内侧的壁。该方法包括
一在所述壁的所述内侧上提供多个纤毛致动器元件，每个致动器元件 具有原始形状和/或取向，
一向所述致动器元件施加刺激，从而引起其形状和/或取向从初始形状 和/或取向改变至目标形状和/或取向，
其中，纤毛致动器元件通过将形状从原始形状改变至初始形状而响应 特殊液体的存在。
在根据本发明的具体实施例中，可以通过施加磁场或施加电场而执行
向致动器元件施加刺激。
就又一方面而言，本发明还包括微流体系统，其包括具有带内侧的壁
并且包含液体的至少一个微通道，其中，微流体系统还包括
一多个附着于所述壁内侧的电活性聚合物致动器元件，以及 一用于向多个电活性聚合物致动器元件施加刺激的装置，从而使得在
沿着微通道的方向上驱动液体，
其中，所述致动器元件通过变化其形状而响应所述液体的存在。 电活性聚合物致动器元件可以包括聚合物凝胶、离子性聚合物一金属
复合物(IPMC)或另一合适的电活性聚合物材料。 '根据本发明的微流体系统可以用于生物技术、医药学、电或电子应用中。
通过下文中结合附图的详细说明，本发明的这些和其它特征、功能和 优点将变得显而易见，所述附图通过举例的方式对本发明的原理进行了举 例说明。给出这些说明的目的仅在于举例，而不是限制本发明的范围。下 文引用的附图标记可以参照附图。


图1是根据本发明的实施例的微通道一部分的横截面的示意图，所述 微通道的壁内侧覆盖有弯曲聚合物致动器元件，其上可施加有电场；
图2是根据本发明的实施例的微通道一部分的横截面的示意图，所述 微通道的壁内侧覆盖有弯曲聚合物致动器元件，其上可施加有由导电线产 生的磁场；
图3示出了根据本发明具体实施例的水对于包括LC聚合物网络作为 材料的聚合物致动器元件的形状的影响；
图4示出了根据本发明具体实施例在致动器元件所使用的材料厚度上 观测的极性梯度；
图5示出了根据本发明具体实施例的使由不同属性的两层构成的聚合 物致动器元件弯曲的溶液极性依赖度；
图6是根据本发明实施例的微通道横截面的示意图，所述微通道壁内 侧覆有弯曲向上和笔直向下的聚合物致动器元件；
图7示出了根据本发明实施例包括连续磁层的聚合物致动器元件；
图8示出了根据本发明实施例包括磁性颗粒的聚合物致动器元件； 图9示出了显示有效冲程和恢复冲程的纤毛摆动周期(beat cycle)的 示实例；
图IO示出了显示纤毛在继时波中的协调的纤毛波； 图11示出了根据本发明又一实施例的非均匀磁场使用导电线使得聚合 物致动器元件成为直线的使用。
在不同的附图中，相同的附图标记表示相同或类似的元件。
现在将参考具体的实施例并参照某些附图描述本发明，但是本发明不 限于此，而是仅由权利要求界定。权利要求中的任何附图标记都不应被理 解为对范围的限制。所示出的附图只是示意性的，并非是限制性的。在附 图中，为了便于举例说明夸大了某些元件的尺寸，并未按比例绘制。在本 说明书和权利要求书中采用术语"包括"时，不排除存在其它元件或步骤 的可能性。在采用不定冠词或定冠词引导单数名词，例如"一个"或"一"， "所述"时，其可以包括复数个该名词，除非另行具体说明。
此外，在本说明书和权利要求书中采用术语第一、第二、第三等区分 类似的元件，其未必表示次序或时间顺序。应当理解在适当的情况下可以 将所采用的术语互换，并且这里描述的本发明的实施例能够按照文中说明 或示出的以外的顺序操作。
此外，在说明书和权利要求书中，术语顶部、底部、上、下等仅做说 明性用途，而未必表示相对位置。应当理解在适当的情况下可以将所采用 的术语互换，并且这里描述的本发明的实施例能够按照文中说明或示出的 以外的取向操作。
就第一方面而言，本发明提供了一种微流体系统，其设有允许流体通 过所述微流体系统的微通道传输、(局部)混合或引导的装置。就第二方面 而言，本发明提供了一种用于制造这样的微流体系统的方法。就第三方面 而言，本发明提供了用于控制流体通过微流体系统的微通道流动的方法。 根据本发明的微流体系统经济、便于加工，并且坚固小巧，适于非常复杂 的流体。
就本发明的第一方面而言，微流体系统包括至少一个微通道和位于所
述至少一个微通道的壁内侧的集成微流体元件，其也称为集成致动器元件 或致动器。例如，在本发明的任何实施例中，致动器元件可以是单压电晶 片或双压电晶片或多压电晶片。当未接触液体时，即处于干燥非致动状态 时，致动器元件具有原始形状。根据本发明，致动器元件适于通过变化其 形状而响应特定流体的存在。与特定流体接触的致动器元件称为湿润非致 动状态。在湿润非致动状态中，致动器元件的原始形状转变成初始状态， 这是将开始用于执行将流体传输或(局部)混合或引导通过微流体系统的 至少一个微通道的形状。微流体系统还包括用于向所述致动器元件施加刺 激从而引起其形状和/或取向从初始形状和/取向改变至目标形状和/或取向 的装置。形状和/或取向从初始形状变化至目标形状，取决于如何寻址致动 器元件，这引起流体传输或(局部)混合或引导通过微流体系统的至少一 个微通道。因而，基于液体的环境设置致动器元件的初始变形形状，其可 以是受控曲率，但是诸如磁或静电刺激的外部刺激通过使各致动器元件成 直线而主动地致动它们。当去除磁或静电刺激时，各元件返回其液体诱导 的形状。
就本发明的一个方面而言，根据本发明的微致动器，尤其是聚合物微 致动器的预想工作方式是自然法则赋予的。自然法则启示了各种操纵小规
模流体，即1-100微米规模的流体的方式。所发现的一个特殊机制是，由 于将摆动(beating)纤毛覆盖在诸如草履虫、侧腕水母(pleurobrachia)和 蛋白石(opaline)的微生物体的外表面上而得到的。纤毛活动清洁还用于 在哺乳动物的支气管和鼻腔内清除污染物。可以将纤毛视为附着在表面上 的小的毛发或软杆，例如，在原生动物中，其可以具有10pm的典型长度 和O.lMm的典型直径。除用于微生物体的推动机制之外，纤毛的其它功能 在于菌褶的清洁、给食、排泄和繁殖。例如，人的气管覆盖有使粘液向上 传输排出肺部的纤毛。通过长茎(long stalk)附着在固定底物(rigid substrate) 上的固着生物也采用纤毛生成给食流。纤毛运动与茎的周期性拉长和縮短 的共同作用诱发了无序涡旋。其导致了对周围流体的无序过滤行为。
上述讨论表明可以将纤毛用于微通道中流体的传输和/或混合。多年以 来，纤毛运动和流动机制已经引起了动物学家和流体机械师的兴趣。可以 将单个纤毛的摆动划分为两个独立的阶段，即，当纤毛沿预期方向驱动流
体时的快速有效冲程(图9的曲线1到3)和当纤毛试图使其对所产生的流 体运动的影响降至最低时的恢复冲程(图9的曲线4到7)。实际上，流体 运动是由沿生物体表面以及跨越生物体表面按行排列的高密度纤毛引起 的。相邻纤毛沿某一方向的运动有相位差，将这一现象称为继时性。因而， 纤毛运动表现为通过生物体之上的波。图IO示出了显示纤毛在继时波中的 协调的纤毛波。在J. Blake的"A model for the micro-structure in ciliated organisms", J. fluid. Mech. 55， P.l-23(1972)中公开了一种描述由纤毛引起 的流体运动的模型。在这一文献中，描述了通过将纤毛表示为沿其中心线 的"Stokeslet"的集合而建立纤毛对流体流动的影响的模型，可以将所述 "Stokeslet"的集合视为流体中的点力。可以规定这些Stokeslet随时间的 运动，并且能够计算所得的流体流动。不仅可以计算由单个纤毛引起的流 动，还可以计算由覆盖单个壁的、按照继时波运动的纤毛的集合引起的流 动，所述单个壁的顶部具有无限流体层。
本发明的优选方面利用的方案通过以基于微观致动器元件的"人造纤 毛"覆盖微通道的壁，来在微通道中模拟类似纤毛的流体操纵，所述致动 器元件根据本发明是改变其形状作为对存在液体的响应并进一步响应于某 种外部激励而改变其形状和/或取向的结构。因而，本发明的一个方面提供 了一种诸如泵的流体流动设备，其具有用于实现人造纤毛继时动作的装置。 在下述说明中，也可能将这些诸如聚合物致动器元件的微观致动器元件称 为诸如聚合物致动器或微型聚合物致动器的致动器、致动器元件、微型聚 合物致动器元件或聚合物致动器元件。必须指出，在进一步的说明中无论 采用这些中的哪一术语都始终表示相同的根据本发明的微观致动器元件。 例如，可以通过磁场或电场将微型聚合物致动器元件或聚合物致动器单独 或群体置于运动状态。
根据本发明可以使用由一种或多种材料形成的致动器元件，其中，至 少一种所述材料可以在接触液体时响应于诸如水的液体而将致动器元件的 形状改变至初始形状，并且至少形成致动器元件的相同或另一材料能够响 应于诸如静电场、磁场或电场的外部刺激。可以从2004年SP正出版社的 Bar-Cohen的 "Electroactive Polymer (EAP) Actuators as Artificial Muscles " 书中找到能够响应于诸如静电场、磁场或电场的外部刺激的合适材料。可
以用于形成正进行电刺激的致动器元件的部分的聚合物材料的示例可以是
铁电聚合物，即聚偏二氟乙烯(PVDF)。 一般地，可以通过将其置于电场 内而采用具有低弹性硬度和高介电常数的所有合适聚合物诱导大的致动应 变。其它合适的聚合物可以例如是离子性聚合物金属合成物(IPMC)材料 或者例如全氟磺酸盐和全氟碳酸盐。如果例如在上述Bar-Cohen书中发现 的合适材料未显示出对液体存在的响应，则它们应当特别适于例如通过添 加确实显示出这种响应的另一材料而实现这一性能。所述添加另一材料的 步骤可以通过组合两种材料或通过提供多层不同材料来完成。
根据本发明，集成微流体元件可以优选基于聚合物材料。可以在上述 Bar-Cohen的书中发现合适的材料。然而，其它材料也可以用于致动器元件。 可以用于形成根据本发明的致动器元件的材料应当使得所形成的致动器元 件具有下列特征
一致动器元件应当是顺应性的，即非刚性的，
一致动器元件应当是坚韧的，而非脆性的，
一致动器元件应当通过弯曲或其它方式改变形状而响应特定液体， 一致动器元件应当通过成直线或者改变形状而响应电场和/或磁场，以
及
一致动器元件应当易于通过相对便宜的工艺进行加工。 根据致动刺激的类型，用于形成致动器元件的材料可以必须功能化。 考虑到上述归纳列表的第一、第二和第五特征，聚合物优选用于至少一部 分致动器，即聚合物可以用作致动器的部件或者聚合物可以用作致动器的 一层。根据本发明的实施例可以使用大多数类型的聚合物，除了非常不适 于本发明中使用的诸如聚苯乙烯的非常脆性的聚合物。为了允许静电或磁 致动(进一步参见下文)，可以使用金属作为致动器元件的一部分，例如以 离子性聚合物金属合成物(IPMC)。例如，对于磁致动而言，可以使用FeNi 或另一磁材料形成致动器元件的一部分。根据本发明，可以使用所有合适 的材料，即能够通过例如进行机械变形作为对液体的响应和作为对诸如电 刺激和域磁剌激的外部刺激的响应，而改变形状的材料。对外部刺激显示 出这种机械响应并且可以应用以形成用于根据本发明的方法中的致动器元 件的一部分的常规材料，可以是电活性压电陶瓷，例如钛酸钡、石英或锆
钛酸铅(PZT)。这些材料可以通过展开对所施加的外部激励，例如所施加 的电场做出响应。然而，电活性陶瓷的一个重要缺点在于其脆性的，艮P， 其非常容易断裂，并且其难以加工成小结构。此外，电活性陶瓷的加工技
术非常昂贵，并且不能按比例扩展为大表面区域。因此，电活性压电陶瓷 仅适于数量有限的情形。
可以用作根据本发明的致动器元件一部分的其它材料包括所有形式的
电活性聚合物(EAP)。从非常一般的角度来讲，可以将其划分为两种类型:
离子型和电子型。电子激活的EAP包括电致伸縮的(例如电致伸缩的接枝 弹性体)、静电的(介电的)、压电的、磁的、电粘弹性的、液晶弹性体和 铁电致动聚合物中的任何一种。离子型EAP包括诸如离子型聚合物凝胶的 凝胶、离子性聚合物金属合成物(IPMC)、导电聚合物和纳米碳管。任何 上述EAP可以制成为关于显著的响应而弯曲或变直，并且可以用于例如纤 毛致动器的形式。
可以响应于诸如水的液体而改变其形状的合适材料包括例如所有形式 的液体响应聚合物。这些聚合物能够在存在特定液体时改变形状和/或体 积，并且因此如上所述特别适于在本发明中与能够响应于诸如静电场、磁 场或电场的外部刺激的材料组合使用。在这些液体响应聚合物中，水响应 聚合物特别适于用于本发明。尤其可以使用能在水中膨胀的吸水聚合物。 一类特别适合的吸水聚合物是水凝胶。水凝胶是一类交联聚合物和共聚物， 其能够吸收和保持水分至相当大的程度(它们可以包含超过99%的水)。可 以用于本发明的水凝胶的非限制性示例是聚丙烯酰胺、聚乙烯吡咯烷酮、 聚乙烯醇、聚丙烯酸酯等。水凝胶的子类在暴露至诸如pH (例如，甲基丙 烯酸-2-羟乙酯和丙烯酸的共聚物)、化学或生物试剂、T。(例如，聚N-异 丙基丙烯酰胺)或电场的外部刺激时，经历相变和相当大的体积变化。在 一些情况下，在本发明中可以使用所述水凝胶子类，以便在暴露至水和磁 场或电场之外，引入附加控制参数。
适用于本发明中的另一类水响应材料是在其厚度上呈现极性梯度的聚 合物材料。
可以用于本发明范围中的又一类水响应材料是液晶(LC)聚合物网络 材料的子类。所述LC聚合物网络材料子类响应于水，因为水分子破坏键
合从而渗透网络。如果在以薄膜厚度上扭曲方式定向LC分子的加工期间 己经注意到，那么在水渗透之后，LC材料在LC分子的方向上各向异性地 膨大，这可以导致材料的弯曲。
根据本发明，出于上述原因，根据本发明的致动器元件可以优选由聚 合物材料形成，或者包括聚合物材料作为它们结构的一部分。因此，在进 一步描述中，将借助于聚合物致动器元件描述本发明。然而，本领域技术 人员应当理解的是，当使用与如上所述的聚合物不同的其它材料形成致动
器元件时，也可以应用本发明。聚合物材料通常坚韧不易碎，价格相对低 廉，具有承受大应变的弹性(高达100%)，并且具有通过简单工艺进行大 表面面积处理的前景。
下文将描述本发明的三个具体非限制性实施例。在这些具体实施例中， 聚合物致动器元件71可以通过下列中之一从潮湿、非致动状态下的弯曲形 状改变为潮湿致动状态下的拉直形状
a) 分别对在聚合物微机电系统(聚合物MEMS) IO和壁14中或上的 电极11和15施加电位，下文将参照图1对此进行描述，或
b) 使用外部装置(例如，经由(电)磁体)或使用内部装置(例如， 经由集成导线或线圈)而施加外部磁场；这产生了作用于聚合物MEMSIO 中(各)磁层或颗粒上的磁力，下文将参照图7和8对此进行描述，或者
c) 通过组合a)和b)。
就本发明第一具体非限制性实施例而言，当未施加电/磁刺激时，即处 于潮湿非致动状态时，通过包括LC一聚合物网络材料作为所述致动器元件 中的材料，而使得可以在诸如水的液体介质中观测到致动器元件的向上弯 曲。可以使得LC一聚合物网络材料相应于诸如水37的液体。图3示出了 用于有序LC一聚合物网络制成的聚合物MEMS 10的原理。约3nm的分子 长度尺寸LD，特征在于材料顺序。LC分子对于诸如水分子37的液体敏感， 因为诸如水分子37的液体的存在破坏了键合。诸如水分子37的液体渗透 进入材料中，材料通过在LC分子取向的方向上的各向异性膨胀做出响应。 因此，特征分子长度尺寸增加至如图3中右侧所示的Lt。由于通过仔细加 工而将LC分子的取向在薄膜的厚度上扭曲，即从束一侧扭曲至另一侧， 因而薄膜通过弯曲做出响应。
就本发明第二具体非限制性实施例而言，当未施加电/磁刺激时，即处
于潮湿非致动状态时，通过在所述致动器元件71中所使用的材料厚度上创 建极性梯度44，而使得可以在诸如水的液体介质中观测到致动器元件的向 上弯曲。图4中示出了该原理。起始点可以例如是非极性单体和极性单体 的混合物，由此非极性单体(例如，己二醇二丙烯酸酯(HDDA))与反应 较慢的极性单体(例如，丙烯酸羟丙酯)相比反应较快。同样，添加染料 (例如，2- (2H-苯并三唑-2-yl) -4- (1， 1， 3， 3-四甲基丁基)-6 (l-甲基 -l苯乙基)苯酚)和光敏引发剂(例如，2-甲基-l， 2-二苯基-l-丙酮)。使 用UV光从薄膜顶部照射而固化薄膜。存在于薄膜中的染料将部分吸收UV 光，这产生了薄膜厚度上的光强度梯度44，薄膜中的光强度，顶部高于底 部。交联将在具有最高强度的区域、即顶部开始，随后将首先交联最快反 应的(非极性)分子。在这一加工过程中，越慢反应的(极性)分子将扩 散至底部并且越晚交联。因此，最终获得具有在其厚度上极性梯度44的完 全交联薄膜，在该情况下，具有非极性顶表面41和极性底表面42。结果是， 当薄膜浸入诸如水的极性液体中时将向上弯曲，而当引入非极性液体中时 将向下弯曲。
就本发明的第三具体非限制性实施例(参见图5)而言，未施加电/磁 刺激时，即处于潮湿非致动状态时(情形A)，通过由这样两层的聚合物 MEMS 10组成而能够在诸如水的液体介质中观测到致动器元件71的向上 弯曲，所述两层之一在诸如水的液体中伸展(层52)，而另一层(层51) 并不伸展或者较少程度地伸展。这可以例如通过将水凝胶层和另一层进行 组合而实现。如果聚合物MEMS IO处于存在非极性液体的状况中，那么聚 合物MEMS将在潮湿非致动状态(情形B)中向下弯曲。在潮湿致动状态 下，可以使得致动器元件71变直。
为了致动上文中三个具体非限制性实施例中任意一个中所述的致动器 元件71，致动器元件应当制成响应于磁场或电场。
为了能够通过施加磁场而致动致动器元件71，致动器元件71必须具有 磁性。使聚合物致动器元件71具有磁性的一个方式是通过在聚合物致动器 元件71中包括连续磁层72，如图7所示的不同实施例中所示。具有磁性的 致动器元件71在进一步描述中将称作磁致动器元件71。连续磁层72可以
位于致动器元件的顶部(图7的上图)或底部(图7的中图)，或者可以位 于致动器元件的中间(图7的下图)。连续磁层72的位置以及其可湿性和 其机械属性一同决定磁致动器元件71的"自然"或非致动形状，即向上弯 曲或向下弯曲。例如，连续磁层72可以是电镀坡莫合金(例如，Ni-Fe)， 并且例如可以沉积为均匀层。连续磁层72可以具有在0.01和10^im之间的 厚度。易于磁化的方向可以由沉积工艺来确定，并且在所给出的示例中可 以是"平面内"方向。代替均匀层，连续磁层72也可以形成图案(图中未 示出)以增加顺应性和易于磁致动器元件72变形，例如弯曲。
实现磁致动器元件71的另一方式是通过在聚合物致动器元件71中包 括磁性颗粒81。在该情况中，聚合物可以作为"基体"，其中如图8中所示 分散有磁性颗粒81，并且还将称作聚合物基体82。磁性颗粒81可以添加 至溶液中的聚合物，或者可以添加至稍后可以聚合的单体。在后续步骤中， 聚合物可以通过合适的方法，例如通过诸如旋涂的湿沉降技术施加至微通 道62的壁14内侧61。磁性颗粒81可以如图8中的上部两幅图所示例如是 球形，或者可以如图8中下图中所示是细长的，例如杆形的。杆形磁性颗 粒81的优点在于它们可以通过在沉积工艺过程中的剪切流而自动对齐。磁 性颗粒81可以如图8的上图和下图中所示而随机设置在聚合物基体82中， 或者如图8的中间的图中所示，可以使磁性颗粒81按照规则图案(例如按 行)在聚合物基体82内排列或对齐。在图6中提供了微通道62的示意图。
磁性颗粒81可以例如是含铁或铁磁颗粒，或者是(超)顺磁颗粒，其 包括例如诸如钴、镍、铁或铁酸盐的元素。在各实施例中，磁性颗粒81可 以是超顺磁颗粒，即当己经切断施加的磁场时它们不具有残余的磁场，在 沉积过程中，可以使用磁场移动磁性颗粒81并使之对齐，从而使净磁化指 向磁致动器元件71的长度方向。
随后，向磁致动器元件71施加磁场将产生能够使致动器元件71运动、 即旋转和/或改变形状的力。该力可能源自诸如位于微流体系统外部的永磁 体或电磁体的外部磁场发生装置，或者诸如集成在微流体系统中的导线16 的局部磁场发生装置(参见图2)。
图2和图11中示出了使用可以集成在微流体系统中的至少一根导线 16。 一根或多根导线16可以例如是具有例如1至100^im2的横截面积的铜
线。由通过导线16的电流产生的磁场以1/r降低，r是导线与致动器元件 71上某位置的距离。例如，图11中，致动器元件71的位置A处的磁场将 大于位置B处的磁场。类，it^ ，器元件71的位置B处的磁场将大于 位置C处的磁场。因此，巧>巧>耳。因此，聚合物致动器元件71将经受 沿着其长度L的磁场梯度。这将引起磁致动器元件71在其旋转运动顶部的 "巻曲"运动。因而可以设想，通过将均匀的磁"远场"，即外部生成的、 在整个致动器元件71上恒定的磁场与导线16结合，可以创建允许致动器 元件71的复杂运动形状的复杂时间相关磁场，其中所述远场为旋转或非旋 转的。这样做可以是非常方便的，尤其有利于对致动器元件71的运动形状 进行调整，从而在流体控制中获得优化的效率和效果。
图2示出了根据本发明一个实施例的聚合物致动器元件71的示例。聚 合物致动器元件71包括聚合物微机电系统(或聚合物MEMS) 10和用于 将聚合物MEMS 10附着于微通道62的壁14内侧61的附着装置12。在干 燥状态下，聚合物MEMS10可以是平直的设备，例如，平直的杆或梁或片 (flap)。当在通道中存在诸如水的液体时，由于在其环境中存在诸如水的 液体而作用于其液体敏感、例如水敏感特性所引起的产生自致动器元件中 内部机械力矩的力Fp聚合物MEMS10可以弯曲。这是潮湿非致动状态。 根据本发明可以采用的方便的致动器几何形状是在湿润非致动状态中致动 器元件向上弯曲时。必须克服由于内部机械运动产生的反作用力的磁力， 将致动器辗平(rollout)。可以由局部生成的磁场或外部磁场(外部永磁体 或电磁体)感应磁力，所述局部产生的磁场例如是由集成在致动器元件位 于其上的基底中的电流导线或线圈产生。图2中的箭头F3表示由流过集成 导线16的电流I产生的磁力对聚合物MEMS 10的致动。该力F3趋向于在 将聚合物MEMS 10带入潮湿致动状态时使其变直。磁致动将显然仅当致动 器元件可以磁化时有效。这可以以本文件中别处所述的各种方法实现。当 磁力关闭时，由于将致动器带回其原始湿润非致动状态的恢复力，致动器 元件将再度向上弯曲。
图1示出了根据本发明一个实施例的聚合物致动器元件71的另一示 例。代替磁致动，可以使用静电力移动致动器元件。聚合物致动器元件71 包括聚合物MEMS 10，其包括电极11 (例如，导电层)和用于将聚合物
MEMS 10附着于包括对电极15的微通道62的壁14内侧61的附着装置12。 在干燥状态，即不存在液体，聚合物MEMS IO可以是平直的设备，例如， 平直的杆或梁或片。由于在其环境中存在诸如水的液体而引起的内部机械 力矩所产生并且作用于其液体敏感、例如水敏感特性的力F,，聚合物MEMS 10弯曲。箭头F2表示由电极11和对电极15之间的发生器13所施加的电 位差V所生成的静电力对聚合物MEMS IO的致动。因而，在元件上产生 的静电力引起元件在壁的方向上移动。换句话说，该力F3趋向于使得聚合 物MEMS10变直，从而使其进入潮湿致动状态。
可以精确受控的一个问题是初始形状，例如初始弯曲，即处于非致动 状态的聚合物致动元件的弯曲半径。根据本发明，这是通过使用当存在例 如水的液体时改变形状的材料，优选为聚合物材料来完成的。
下文将讨论根据本发明第二方面的如何形成附着于微通道62的内壁 61的致动器元件的实施例。
致动器元件71可以以各种可能方式固定至微通道62的壁14内侧61。 将致动器元件71固定至微通道62的壁14内侧61的第一种方式是通过， 例如通过旋转蒸发或通过另一种合适的沉积技术而沉积在牺牲层上，致动 器元件71将使用该层材料形成。因此，首先可以将牺牲层沉积在微通道62 的壁14内侧61上。例如，牺牲层可以由金属(例如，铝)、氧化物(例如， SiOx)、氮化物(SixNy)或聚合物组成。形成牺牲层的材料应当使得牺牲 层关于形成致动元件的材料可以选择性地进行蚀刻，并且可以在合适的长 度上沉积在微通道62的壁14内侧61上。在一些实施例中，例如，牺牲层 可以沉积在微通道62的壁14内侧61的整个表面区域上，通常是大约数cm 的区域。然而，在其它实施例中，牺牲层可以沉积在长度L上，该长度L 然后可以与致动器元件71的长度相同，其通常在10至100pm之间。根据 所使用的材料，牺牲层可以具有0.1至10pm之间的厚度。
在下一步中，稍后将形成聚合物MEMS 10的聚合物材料层沉积在牺牲 层上，并且贴近牺牲层一侧。然后，选择性地从不应存在聚合物MEMSIO 之处移除聚合物材料层。随后，可以通过蚀刻聚合物MEMS10下的牺牲层 而移除牺牲层。这样，在长度L上从壁14内侧61上释放聚合物层，该部 分形成聚合物MEMS 10。保持附着于微通道62的壁14内侧61的部分聚
合物层形成附着装置12，其用于将聚合物MEMS 10附着于微通道62，抉 剔而言附着于微通道62的壁14内侧61 。
根据本发明形成致动器元件71的另一种方式可以通过在施加聚合物材 料之前对微通道62的壁14内侧61使用图案化表面能量工程。在该情况下， 致动器元件71将附着于其上的微通道62的壁14内侧61以这样的方式形 成图案，即获得具有不同表面能量的区域。这可以使用诸如光刻或印刷的 适当技术来完成。因此，将构建致动器元件所用的材料层沉积和结构化， 各自使用本领域技术人员已知的适当技术。该层将牢固地附着于其下的壁 14内侧61的一些区域，这些区域也称作强粘合区域，并且较弱地附着于壁 14内侧61的其它区域，这些区域也称作弱粘合区域。随后，可能在弱粘合 区域获得该层的自发释放，但是该层将仍然固定在强粘合区域。然后强粘 合区域可以形成附着装置12。这样，因而可以获得自形成独立式 (self-forming free-standing)致动器元件71 。
根据本发明的聚合物MEMS IO适于响应特定液体，例如水的存在。聚 合物MEMS IO例如可以是丙烯酸盐聚合物、包括共聚物的聚(乙二醇)聚 合物，或者可以包括任意其它合适的聚合物。使聚合物MEMS响应于特定 液体的存在而改变形状，可以通过提供响应于特定液体存在的材料成分与 非响应材料成分混合，或者通过在非响应层顶部提供响应于特定液体存在 的层来完成。优选地，聚合物MEMS 10由应当是生物相容性的聚合物而形 成，从而它们对微通道中的流体具有最小(生物)化学作用。或者，聚合 物致动器元件71可以进行修改以便控制非特异性吸收属性和可湿性。聚合 物MEMS IO例如可以包括合成材料。例如，其可以包括填有颗粒的基体材 料和多层结构。还应当注意到，根据本发明可以使用"液晶聚合物网络材 料"。
在干燥非致动状态中，即当致动器元件未接触流体并且未向致动器元 件施加外部刺激时，在具体实例中可能具有梁或杆的形式的聚合物MEMS IO优选基本上是直的。
在潮湿非致动状态中，即当存在例如水的液体且未向致动器元件施加 其它外部刺激时，在具体实例中可能具有梁或杆或片的形式的聚合物 MEMS IO是弯曲的。在潮湿致动状态期间，施加至聚合物致动器元件71
的诸如电流的电场或磁场的外部刺激，使得致动器元件71变直，或者换句 话说，使得它们设置为运动。致动器元件71的形状变化将存在于微流体系 统的微通道62中的周围流体设置成运动。在图1和2中，聚合物MEMS 10 的弯曲由箭头F,指示。由于通过致动元件71的附着装置12将致动器元件 71的一个末端固定在壁14上，因此获得的运动类似于较早描述的纤毛的运 动。
根据本发明的上述方面，聚合物MEMS 10可以具有10和200pm之间， 通常可约为100pm的长度L，并且可以具有2至30jim之间，通常约为20pm 的宽度w。聚合物MEMS IO可以具有O.I至2iam之间，通常约为lpm厚 度t。
图6示出了装配有根据本发明的聚合物致动装置71的微通道62的实 施例。在该实施例中，示出了部分微流体系统的设计的实例。示意性描绘 出微通道62的横截面。根据本发明的该实施例，微通道62的壁14内侧61， 可以覆盖有多个聚合物致动器元件71，其由于在所述微通道(图6的上部) 中存在诸如水的液体而弯曲。为了使附图清楚，仅示出了致动器元件的聚 合物MEMS部件10。聚合物MEMS IO可以变直，并且在向致动器元件71 施加外部刺激的作用下，再次重复弯曲。正如已经讨论的，该外部刺激可 以例如是电场或磁场。致动器元件71可以包括聚合物MEMS 10，其可以 例如具有杆状形状或梁状形状，而其宽度沿从附图的平面出来的方向上延 伸。
本发明的各实施例中，微通道62的壁14内侧61处的致动器元件71 可以布置成一行或多行。仅作为示例，致动器元件71可以布置成两行致动 器元件71，即位于壁14内侧61的第一位置上的第一行致动器元件71和位 于壁14内侧61的第二位置上的第二行致动器元件，第一和第二位置基本 上彼此相对，如图6中所示。在本发明的其它实施例中，致动器元件还可 以布置成多行致动器元件，其可以布置以形成例如二维阵列。在又一些实 施例中，致动器元件可以随机地定位在微通道62的壁14内侧61处。
为了能够在特定方向上，例如图6中从左至右传输流体，聚合物致动 器元件的运动必须是不对称的。即，"摆动"冲程(变直)的性质应当不同 于"恢复"冲程(弯曲)的性质一摆动冲程和恢复冲程示出在图9中。这
可以通过快速摆动冲程和更慢的恢复冲程来实现(反之亦然)。
对于泵送设备而言，通过继时致动器装置提供聚合物致动器元件71的
运动。这可以通过提供用于单独或逐行寻址致动器元件的装置来完成。例
如，在静电致动的情况下，可以通过作为微通道62的壁14一部分的图案 化电极结构来实现。图案化电极结构可以包括结构化的薄膜，该薄膜可以 是金属和另一合适的导电薄膜。例如可以使用光刻来完成薄膜的结构化。 对图案化结构可以单独寻址。其同样可以适用于磁致动结构。作为通道壁 结构一部分的图案化导电薄膜可以使得建立局部磁场成为可能，从而可以 对致动器元件71进行单独或逐行寻址。在所有上述情况下，由于微通道62 的壁14包括通过其激活刺激的结构化图形，因此对致动器元件71的独立 或逐行刺激都是可能的。通过及时适当的寻址，使得例如以波状方式的协 调剌激成为可能。非协调或随机致动器装置、偶对继时致动器装置和逆对 (antiplectic)继时致动器装置包括在本发明的范围中。
在图6所示的示例中，所有的、处于不同行上的聚合物致动器元件71 同时运动。可以通过对致动器元件71的单独寻址或对致动器元件71的行 的单独寻址来改善聚合物致动器的运行，从而使其运动存在相位差。例如， 在电刺激致动器元件71中，可以使用集成在微通道62的壁14中的图案化 电极执行这一操作。因而，致动器元件71的运动可能表现为通过微通道62 的壁14内侧61的波。用于提供运动的装置可以产生波运动，所述波运动 可以沿与有效摆动运动相同的方向(偶对继时性)或者相反的方向(逆对 继时性)传播。
例如，为了获得微流体系统的微通道62中的局部混合，可以以特定的 方式控制致动器元件71的运动，即一些致动器元件可以沿某一方向运动， 而其它致动器元件可以以特定的方式沿相反方向运动，以建立局部无序混 合。通过位于例如微通道62的壁14的相对位置上的致动器元件71的相对 移动而建立漩涡。
将Blake模型(J.Blake在J.Fluid.Mech.55，第1—23页(1972)中的"A model for the micro-structure in ciliated organisms")应用于如本发明各实施 例中所述的聚合物致动器元件，那么可以估计通过在微通道62的壁14内 侧61上覆盖致动器元件，可以通过如在上述实施例中所述地控制致动器元
件的运动引导速度在0至数mm/s之间的流体流动，所述速度取决于致动器 元件的类型和所使用的流体。例如，使用水作为模型流体，还可以计算必 须向致动器元件施加lnN的负载和10—13Nm的力矩以达到该速度。这些是 非常小的值，其可以易于通过微流体系统中使用的小部件获得。上述分析 证明，使用根据本发明各实施例的微流体系统可以产生相当大的速度。因 此，如果将根据本发明各实施例的聚合物MEMS 10设计成进行类似于纤毛 运动的运动，那么包括这种聚合物MEMS 10的微通道62的壁14内侧61
将在传输和/或混合流体和创建漩涡时非常有效。
在聚合物致动器元件71的具体情况下，根据本发明的方法的优点在于， 处理流体操纵的装置，即至少一个聚合物致动器元件71完全集成在微流体 通道系统中，并且允许获得微流体应用所需的大形状变化，从而不需要外 部的泵或微泵。因而，本发明提供了小型微流体系统。另一个可能甚至更 重要的优点在于，可以通过同时对所有致动器元件71进行寻址或通过一次 仅对至少一个预先确定的致动器元件进行寻址，而在微通道62中局部控制 流体。因此，可以在所需、预先确定的位置处传输、再循环、混合或分离 流体。本发明的另一优点在于对致动器元件71使用聚合物可以导致便宜的 工艺技术，例如，印刷或压纹技术或单步光刻。
此外，根据本发明的微流体系统是鲁棒的，这意味着如果一个或一些 致动器元件71不能正确地工作，这并不从很大程度上影响整体微流体系统 的性能。
根据本发明的微流体系统可以用于生物技术应用中，例如微型全分析 系统、微流体诊断、微型工厂和化学或生物化学微型机器、生物传感器、 快速DNA分离和大小筛分、细胞操纵和分类，还可以用于医药应用中，尤 其是其中基本是局部混合的高流通量组合测试，以及用于例如微电子应用 的微通道冷却系统中。
例如，本发明的微流体系统可以用于生物传感器中，例如，检测在诸 如唾液、痰液、血液、血浆、组织间液或尿液的生物流体中的至少一个目 标分子，所述分子例如蛋白质、抗体、核酸(例如，DNR， RNA)、肽、少 糖或聚糖或蔗糖。因此，将小的流体样品(例如，液滴)提供至设备，并 且通过在微通道系统中操纵该流体，使该流体到达发生实际检测的感测位
置。通过使用根据本发明的微流体系统中的各种传感器，可以在一个分析 进程中检测不同类型的目标分子。
如较早提及的，现在本发明的基本思想是将致动器元件的适配和提供 磁或静电致动机构相组合，以使得通过改变形状而响应特定液体的存在， 从而通过将例如由薄膜制成的致动器元件带入特定液体环境(例如，水环 境)而实现致动器元件的受控曲率。使得致动器元件适配从而通过改变形 状响应特定液体的存在，可以通过刚刚描述的三个具体实施例中之一或者 由相似方法获得。通过将引导弯曲所需要的材料与用于磁致动的磁性颗粒
或磁层，或者用于磁或静电致动的电极相结合，可以在致动元件71中或之
上提供致动机构。
根据本发明的致动元件71的干燥非致动状态可以是直的。当将根据本 发明的致动元件71带入基于液体、例如基于水的环境中时，致动元件71 经受该液体的影响并且弯曲，从而其自然状态或潮湿非致动状态弯曲，其 曲率半径由材料的分子(或层叠)结构所决定。通过如上所述的磁或静电 致动，即在潮湿致动状态下，可以使致动元件71辗平，并且其在去除磁或 静电力之后，即在潮湿非致动状态下，返回其自然弯曲状态。
致动器元件71的运动可以通过例如位于微流体系统中的一个或多个磁 传感器进行测量。这可以允许确定流动属性，例如，微通道62中流体的流 动速度和/或粘性。而且，可以通过使用不同的致动频率测量其它流体细节。 例如，这样可以测量流体的细胞含量，例如血细胞值，或者流体的凝结属 性。
上述实施例的优点在于，使用磁或静电致动可以处理非常复杂的生物 流体，例如唾液、痰液或全血。而且，磁或静电致动不需要接触。换句话 说，磁或静电致动可以以不接触的方式执行，g卩，当使用外部磁场或电场 发生装置时，致动器元件10本身位于微流体样品管(cartridge)内，而外 部磁场或电场发生装置位于微流体样品管之外。
应当理解的是，虽然本文已经讨论了用于根据本发明的设备的各优选 实施例、具体的结构和构造以及材料，但是可以在不脱离本发明的范围和 精神的情况下做出形式或细节上的各种变化和修改。
权利要求
1、一种微流体系统，包括—至少一个微通道(62)，其具有带内侧(61)的壁(14)，—多个附着于所述壁(14)的所述内侧(61)的纤毛致动器元件(71)，所述纤毛致动器元件(71)当未接触水时具有原始形状，—用于向所述多个纤毛致动器元件(71)施加刺激，从而引起其形状从初始形状改变至目标形状的装置，其中，所述纤毛致动器元件(71)适于通过将其原始形状改变至初始形状而响应特定液体的存在。
2、 根据权利要求1所述的微流体系统，其中，所述特定液体是水。
3、 根据权利要求1或2中任意一项所述的微流体系统，其中，对存在 所述特定液体的响应是所述纤毛致动器元件(71)的形状的弯曲。
4、 根据权利要求1至3中任意一项所述的微流体系统，其中，所述多 个纤毛致动器元件是聚合物致动器元件(71)。
5、 根据权利要求4所述的微流体系统，其中，所述聚合物致动器元件 (71)包括聚合物MEMS。
6、 根据权利要求5所述的微流体系统，其中，所述聚合物致动器元件 (71)包括至少下列之一—LC聚合物网络材料和/或一在所述致动器中使用的材料厚度上具有极性梯度(44)和/或 一两层结构，其中，在所述特定液体中一层比另一层展开得更多。
7、 根据权利要求1至6中任意一项所述的微流体系统，其中，用于向 所述多个纤毛致动器元件(71)施加刺激的所述装置是电场发生装置或磁 场发生装置中之一。
8、 根据权利要求7所述的微流体系统，其中，用于向所述纤毛致动器 元件(71)施加剌激的所述装置是磁场发生装置。
9、 根据权利要求8所述的微流体系统，其中，所述纤毛致动器元件(71) 还包括均匀连续磁层(72)、图案化的连续磁层或磁性颗粒(81)中之一。
10、 根据权利要求7所述的微流体系统，其中，用于向所述纤毛致动 器元件(71)施加刺激的所述装置是电场发生装置。
11、 根据权利要求10所述的微流体系统，其中，所述纤毛致动器元件 (71)还包括电极(11)。
12、 根据权利要求1至10中任意一项所述的微流体系统，其中，将所 述多个纤毛致动器元件(71)布置成第一和第二行，所述第一行致动器元 件(71)位于所述壁(14)的所述内侧(61)的第一位置，而所述第二行 致动器元件(71)位于壁(14)的所述内侧(61)的第二位置，所述第一 位置和所述第二位置基本彼此相对。
13、 根据权利要求1至10中任意一项所述的微流体系统，其中，将所 述多个纤毛致动器元件(71)布置成多行纤毛致动器元件(71)，其布置以 形成二维阵列。
14、 根据权利要求1至10中任意一项所述的微流体系统，其中，所述 多个纤毛致动器元件(71)随机布置在所述壁(14)的所述内侧(16)上。
15、 一种用于制造包括至少一个微通道(62)的微流体系统的方法， 所述方法包括一在所述至少一个微通道(62)的壁(14)的内侧(62)上提供多个 纤毛致动器元件(71)，所述致动器元件(71)在未接触液体时具有原始形 状，以及一提供用于向所述多个纤毛致动器元件(71)施加刺激，从而使其形 状从初始形状改变至目标形状的装置，其中，所述多个纤毛致动器元件(71)适于通过将其原始形状改变至 初始形状而响应特定液体的存在。
16、 根据权利要求15所述的方法，其中，提供所述多个纤毛致动器元 件(71)的操作通过下列执行一在所述壁(14)的所述内侧(61)上沉积具有长度L的牺牲层， 一在所述牺牲层的顶部沉积致动器材料，一通过将所述牺牲层完全去除而从所述壁(14)的所述内侧(61)上 释放所述致动器材料。
17、 根据权利要求16所述的方法，其中，去除所述牺牲层的操作是通 过执行蚀刻步骤来完成的。
18、 根据权利要求15至17中任意一项所述的方法，其中，所述纤毛 致动器元件(71)包括至少下列之一—LC聚合物网络材料和/或一在所述致动器中使用的材料厚度上具有极性梯度(44)和/或 一两层结构，其中，在所述液体中一层比另一层展开得更多。
19、 根据权利要求15至18中任意一项所述的方法，还包括给所述纤 毛致动器元件(71)提供均匀连续磁层(72)、图案化的连续磁层或磁性颗 粒(81)中之一。
20、 根据权利要求19所述的方法，其中，提供用于向所述纤毛致动器 元件(71)施加剌激的装置的操作包括提供磁场发生装置。
21、 根据权利要求15至18中任意一项所述的方法，还包括给所述纤 毛致动器元件(71)提供电极(11)。
22、 根据权利要求21所述的方法，其中，提供用于向所述纤毛致动器 元件(71)施加刺激的装置的操作包括提供电场发生装置。
23、 一种用于控制通过微流体系统的微通道(62)的流体流动的方法， 所述微通道(62)具有带内侧(61)的壁(14)，所述方法包括一在所述壁(14)的所述内侧(61)上提供多个纤毛致动器元件(71)， 每个所述致动器元件(71)在未接触液体时具有原始形状，一向所述纤毛致动器元件(71)施加刺激，从而使其形状从初始形状 改变至目标形状的装置，其中，所述多个纤毛致动器元件(71)适于通过 将其原始形状改变至初始形状而响应特定液体的存在。
24、 根据权利要求23所述的方法，其中，向所述纤毛致动器元件(71) 施加刺激的操作通过施加磁场来执行。
25、 根据权利要求23所述的方法，其中，向所述纤毛致动器元件(71) 施加刺激的操作通过施加电场来执行。
26、 根据权利要求1至14中任意一项的微流体系统在生物技术、医药、 电或电子应用中的用途。
27、 一种微流体系统，包括具有带内侧(61)的壁(14)并且包含液 体的至少一个微通道(62)，其中，所述微流体系统还包括一多个附着于所述壁(14)的所述内侧(61)的电活性聚合物致动器 元件(71)，以及—用于向所述多个电活性聚合物致动器元件(71)施加刺激从而沿着 所述微通道(62)的方向驱动液体的装置，其中，所述纤毛致动器元件(71) 通过改变形状而响应所述液体的存在。
28、根据权利要求27所述的微流体系统，其中，所述多个电活性聚合 物致动器元件(71)包括聚合物凝胶或离子性聚合物金属复合物(IPMC)。
全文摘要
一种微流体系统包括至少一个具有壁(14)的微通道、附着于所述壁(14)的多个纤毛致动器元件(71)，所述纤毛致动器元件(71)当未接触液体时具有原始形状，以及用于向所述多个纤毛致动器元件(71)施加刺激从而引起其形状从初始形状改变至目标形状的装置。纤毛致动器元件(71)适于通过将其原始形状改变至初始形状而响应特定液体的存在。对特定液体的存在的响应可以是纤毛致动器元件的原始形状的弯曲。对多个纤毛致动器元件施加刺激提供了局部操纵微流体系统中复杂流体流动的方法。
文档编号F04B19/00GK101378836SQ200780004604
公开日2009年3月4日 申请日期2007年2月1日 优先权日2006年2月7日
发明者A·R·范戴肯, D·J·布勒尔, J·M·J·登东德 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司